本题导读

本题考查极坐标与直角坐标的互化。核心在于坐标转换法、参数方程法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2017年全国卷II(理)) 在直角坐标系 中,以坐标原点为极点, 轴的正半轴为极轴建立极坐标系,曲线 的极坐标方程为 .

(1) 为曲线 上的动点,点 在线段 上,且满足 ,求点 的轨迹 的直角坐标方程;

(2)设点 的极坐标为 ,点 在曲线 上,求 面积的最大值.

🔍【思路分析】

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  1. 第一问(轨迹方程):
  • 设定极坐标:设 ,。由于 在 上,它们的极角相同。
  • 利用已知条件:由 在 上得 ,即 。
  • 代入关系式:将 代入 ,求出 关于 的表达式。
  • 转化坐标:利用 将极坐标方程化为直角坐标方程。
  1. 第二问(面积最值):
  • 坐标转换:将 转化为直角坐标,或直接利用极坐标面积公式。
  • 参数化动点:曲线 是一个圆,使用参数方程表示点 的坐标。
  • 面积公式:。其中 , 随 点位置变化。

✅【答案】

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(1)

(2)

✍【详细解析】

Abstract

(1)解: 设 , ()。 因为 在曲线 上,所以 。 已知 ,即 。 代入得:,整理得 。 将 化为直角坐标方程: ,即 。 由于 要求 ,且 , 所以 。 故 的直角坐标方程为 ()。

(2)解: 由(1)知曲线 是以 为圆心, 为半径的圆。 其极坐标方程为 。 点 的极坐标为 ,则 ,极角 。 设点 的极坐标为 ,则 。 的面积 (设 ) 。 当 或其反向最大时(考虑面积为正), 由于 的范围限制,此式最大值出现在正向。 另解(几何法,更简洁): 点 坐标为 。 直线 的方程为 ,即 。 面积 ,其中 是点 到直线 的距离。 圆 的圆心 到直线 的距离 。 点 到直线 距离的最大值 。 所以 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 极坐标反演:第一问的背景其实是几何变换中的“反演”,直线经过反演变换后会变成过原点的圆。
  • 几何法优于代数法:在求涉及圆的三角形面积最值时,利用“底 (圆心到直线距离 + 半径)”通常比纯三角函数化简更不容易出错。
  • 范围限制:注意 的限制,但在求面积最值时,由于 点本身不能构成三角形,这个限制不影响结果。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:待补

  2. 结论推广:待补

  3. 方法推广:待补

🔗【关联脉络】

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